Kunnen we zonne-energie vanuit de ruimte naar de aarde sturen?

Stel je een ruimtestation voor dat zonne-energie opvangt in een baan om de aarde en deze naar de planeet stuurt. De energievoorziening van de aarde hangt af van slechts twee astronauten, Powell en Donovan, en hun robotgenoot QT-1, liefkozend ‘Cutie’ genoemd. Dat is in het kort de plot van Isaac Asimovs korte verhaal Reason uit 1941. Het verhaal verkent de relatie tussen mens en robot, maar introduceert vooral het visionaire idee van het opvangen van zonne-energie in de ruimte.

Door de decennia heen heeft het vooruitziende idee van de Amerikaanse schrijver wetenschappers geïnspireerd om te onderzoeken of het werkelijk mogelijk is om zonne-energie in de ruimte op te vangen en op aarde beschikbaar te maken wanneer dat nodig is. Sinds de jaren zeventig zijn talloze concepten bedacht. Een werkende oplossing is er echter nog niet. Toch blijft het idee van het benutten van de veel krachtigere zonnestralen in een baan om de aarde onderzoekers fascineren.

Het wachten is misschien voorbij (binnenkort). Uit een recent onderzoek van de Britse regering blijkt dat ruimte-energie tegen 2040 concurrerend kan zijn, dankzij technologische vooruitgang. Maar hoe werkt deze technologie, die belooft in de wereldwijde vraag naar groene energie te voorzien?

Serie

Green Tech Decoded

Van revolutionaire windturbines tot futuristische materialen: er gebeurt veel op het gebied van groene technologie. Maar wat houden al deze technologieën precies in? En waarom zouden we ons hiermee bezighouden? In Green Tech Decoded leggen we uit hoe deze innovaties werken en of ze onze samenleving kunnen veranderen.

Bekijk serie

Hoe werkt ruimtegebaseerde zonne-energie?

Het kernidee achter SBSP is een constellatie van zonnepanelen in een baan om de aarde. De zonnepanelen worden geplaatst op ongeveer 36.000 kilometer hoogte, in wat bekendstaat als de geostationaire baan.

De zonnestralen worden vervolgens omgezet in microgolven of radiogolven. Dit gebeurt via elektronische componenten die de gelijkstroom van de zon omzetten in een vorm die draadloos kan worden verzonden – vergelijkbaar met hoe muziek van je telefoon naar je koptelefoon wordt gestuurd.

Zodra het zonlicht geschikt is gemaakt voor transmissie, wordt het naar ontvangers op aarde gestuurd. Deze stations, rectennas genaamd, zetten de microgolven weer om in elektriciteit, die vervolgens in het elektriciteitsnet terechtkomt.

Wat zijn de belangrijkste voordelen?

Naast het feit dat het een schone energiebron is, biedt ruimtezonne-energie nog een aantal andere voordelen.

1. Een van de nadelen van zonne-energie – net als bij wind – is de wisselvalligheid. Simpel gezegd: op aarde schijnt de zon niet altijd. In de ruimte daarentegen, zonder dag- en nachtcyclus en zonder bewolking, kunnen zonnepanelen continu zonlicht opvangen.
2. Bovendien is er in een baan om de aarde geen verstoring door de atmosfeer. Gassen en deeltjes in de lucht blokkeren bepaalde lichtgolflengten. Hoewel zichtbaar licht nog wel doorgaat, beperkt dit de prestaties van zonnepanelen, omdat ze slechts een deel van het spectrum kunnen benutten. In de ruimte kunnen reflectoren al het zonlicht opvangen.
3. Een ander interessant voordeel is dat de energie vanuit de ruimte naar verschillende plekken op aarde kan worden gericht. Stel je een regio voor die door een noodsituatie zonder stroom zit. Dankzij ruimtezonne-energie zou het mogelijk zijn om snel elektriciteit te leveren.
4. Ook schaalbaarheid is een pluspunt. Omdat zonlicht in de ruimte altijd beschikbaar is, kan elke satelliet veel meer energie opwekken dan een zonnepark op aarde. Bovendien is de zonnestraling in een baan om de aarde tot wel tien keer sterker dan op het aardoppervlak, wat een hogere opbrengst per vierkante meter oplevert.

Waarom hebben we nog geen ruimtegebaseerde zonne-energie?

Zonne-energie in de ruimte klinkt veelbelovend, maar makkelijker gezegd dan gedaan. Voordat we daadwerkelijk energiecentrales in een baan om de aarde hebben, moeten een aantal kritieke knelpunten worden aangepakt. Vooralsnog zijn geld en technologische beperkingen de grootste obstakels.

1. Het lanceren van materialen in de ruimte is extreem duur. Afhankelijk van de technologie kost het tussen de 1.000 en 10.000 dollar per kilogram om iets in een baan om de aarde te krijgen. NASA rekent gemiddeld 4.990 dollar per kilogram. SpaceX Starship wil deze kosten terugbrengen naar 10–100 dollar per kilogram, maar dat doel is nog niet bereikt.
2. Net zoals zonneparken op aarde onderhoud nodig hebben – zoals schoonmaken, vegetatiebeheer en elektrische inspecties – zouden systemen in de ruimte ook regelmatig onderhoud nodig hebben. Daarbij komt dat deze systemen in de ruimte geassembleerd moeten worden. Wetenschappers ontwikkelen robotassemblage- en autonome reparatiesystemen, maar de kosten en technische uitdagingen blijven groot.
3. Het is al lastig genoeg om zonnepanelen in een baan om de aarde te laten werken. Maar ook de ontvangers op aarde, de zogenaamde rectenna’s, vormen een uitdaging. Zij moeten in staat zijn om een constante instroom van gigawatts aan energie efficiënt, veilig en zonder noemenswaardig verlies te verwerken.
4. De ruimte wordt steeds drukker. Het aantal satellieten groeit snel, wat het risico op botsingen en de ophoping van ruimtepuin vergroot.

Waar staan we nu?

De race om ruimtezonne-energie is begonnen. Onderzoeksteams over de hele wereld werken aan de verdere ontwikkeling van de technologie.

In 2023 meldde het California Institute of Technology (Caltech) een belangrijke doorbraak. Wetenschappers valideerden in een experiment de werking van een apparaat dat draadloos energie kan verzenden vanuit de ruimte en een detecteerbaar signaal naar de aarde stuurt. Hoewel slechts een kleine hoeveelheid energie werd overgedragen, bewees het team dat het concept in de praktijk werkt.

Ook China boekt vooruitgang. Tegen 2028 staan plannen op de rol om een kleinschalige SBSP-installatie in een geostationaire baan te lanceren. Het gaat om een experimentele installatie die naar verwachting enkele tientallen kilowatt zal produceren – genoeg om een paar huishoudens van stroom te voorzien. Daarvoor worden nu al tal van experimenten uitgevoerd ter voorbereiding op de grote lancering.

Het SOLARIS-onderzoeksproject van de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA), dat in 2025 werd afgerond, onderzocht de haalbaarheid van SBSP in Europa. De ESA concludeerde dat de technologie nog te onvolwassen is om een demonstratiemissie in Europa uit te voeren. De focus ligt daarom voorlopig op het verder verbeteren van de technologie voordat er daadwerkelijk wordt gelanceerd.

IO+ Archive

Zonne-energie uit de ruimte als oplossing voor de groeiende energievraag op aarde

Work is in full swing at the European Space Agency (ESA) and TU Delft to make space-based solar power a reality.

Lees meer

Wat kunnen we verwachten?

Zonne-energie uit de ruimte zal naar verwachting binnen tien jaar concurrerend worden qua kosten. Uit het eerder genoemde onderzoek van de Britse overheid blijkt dat SBSP zinvol is, vooral als het wordt aangesloten op bestaande netwerkinfrastructuur, zoals offshore windparken. Lanceringskosten zijn de belangrijkste kostenfactor.

Dezelfde tijdsraming werd bevestigd door SOLARIS van de ESA, dat ook inschatte dat de kostenconcurrentie rond 2040 bereikt zou kunnen worden. De ESA benadrukt dat het verbeteren van de technologie – zowel voor het lanceren van materialen als het efficiënt opvangen van energie – een cruciale stap is.

Isaac Asimov heeft het beeld van ruimtegebaseerde zonne-energie in ons collectieve geheugen gegrift. Tientallen jaren later is dat ooit utopische idee minder fantasierijk, hoewel er nog steeds veel hindernissen zijn voor de daadwerkelijke toepassing. Wie weet wordt zonne-energie uit de ruimte over een paar jaar een volwaardig onderdeel van onze energiemix.